1. Aspectos deInterconexo Prof. Mauro Tapajs

2. Camada de Rede no Modelo OSI

Permite que redes heterogneas sejam conectadas(interconexo rede de redes!)

3. Controla a operao da rede fim-a-fim 4. Independe da tecnologia de rede existente 5. Endereamentoa nvel de toda a rede (mesmo entre LANs e WANs) 6. Roteamentodos pacotes pela rede interconectada 7. Procedimentos de controle de congestionamento 8. Fragmentao de pacotes 9. Funes de contabilizao 10. Projeto de Protocolos de Rede

Normalmente a interface entre camada de rede e a de transporte a interface entre cliente e provedor do servio

11. Premissa: O cliente no deve se importar com os tipos de redes que existem para oferecer o servio (transparncia) 12. O servio da camada de rede deve ser orientado a conexo ou sem conexo? (diferena entre o modelo OSI e TCP/IP) 13. Interconexo de Redes

Redes diferentes conectadas para formar umainternet

14. A tendncia a redes diferentes deve continuar (largas bases instaladas, tecnologias mais novas e baratas) 15. Interconexo de Redes

Redes interconectadas atualmente usam IP para operar

16. A rede total interconectada aparece como um nica grande rede para as aplicaes 17. A Internet global o melhor exemplo, mas Intranets e Extranets tambm so 18. A implementao de camada de rede a parte mais importante no funcionamento da rede interconectada 19. Interconexo de Redes 20. Categorias de Interconexo Physical Data Link Network Transport Session Presentation Application Repeaters Bridges Routers Gateways 21. Exemplos de Protocolos de Rede

IP

22. IPX (Novell) 23. Appletalk (Macintosh) 24. DECnet 25. NetBIOS 26. SNA (IBM) 27. OSI (CLNP) 28. XNS (Xerox) 29. Banyan Vines 30.

Problemas de interconexo Diferenas entre redes:

Tunneling- interconexo remota de redes semelhantes passando por outras no meio do caminho Interconexo 31. Tunelamento 32. Endereamento

O que ?

33. Estrutura de endereamento: importante para se terescalabilidadenuma rede 34. Hierarquizaopode reduzir as complexidades da operao da rede (tabelas de roteamento, adaptao a topologias, controle de trfego, mecanismos de prioridade, diagnsticos de falhas, etc) 35. Redes baseadas em circuitos tendem a usar endereos de tamanho varivel mas sempre grandes, porm somente durante o estabelecimento do circuito 36. Esquemas de Endereamento Exemplos:

IPv4 : 32 bits ( network-hostvarivel)

37. IPv6 : 128 bits ( network-hostvarivel) 38. IPX : 80 bits (32 bits para a rede - 48 bits para host) 39. Appletalk : 24 bits (16 bits para rede - 8 bits para host) 40. Sinalizao

O que sinalizao?

41. Por que necessria sinalizao em camada de rede? 42. parte da especificao do protocolo 43. Tipos mais comuns:

Sinalizao do usurio para a rede UNI ( User to Net )

44. Sinalizao dentro da prpria rede NNI ( Net to Net ) 45. Sinalizaoin-band e out-of-band 46. Sinalizao por canal comum ( common-channel ) 47. MTU -Maximum Transmission Unit

Cada tecnologia de rede que implementa a subrede possui o seu prprio MTU Ethernet: 1518 bytes FDDI: 4500 bytes Token Ring: 2 to 4 kB

48. Cada subrede ento poder transmitir ter um mximo tamanho de pacote IP a 49. Each subnet has a maximum IP datagram length (header + payload) = MTU O D Rede 1 MTU=1500 Rede 2 MTU=1000 R 50. Fragmentao

Todas as redes de pacotes definem o seu MTU

Limitaesdehardware

51. Sistemas operacionais (tamanho debuffers ) 52. Protocolos (campos de comprimento) 53. Padres definidos 54. Performance Datagramas maiores que o MTU so fragmentados 55. De uma maneira geral, camadas acima permitem PDUs maiores 56. Os cabealhos originais so copiados e campos especficos para controle da fragmentao so preenchidos 57. Fragmentao

Path MTU Descoberta do mnino MTU atravs de determinado caminho (IPv6)

58. Duas estratgias possveis: fragmentao transparente ou no-transparente Header Original Datagram Hdr 1 Data 1 Hdr 3 Data 3 Hdr 2 Data 2 59. Fragmentao Transparente Os pacotes fragmentados so remontados antes de chegarem ao seu destino 60. Fragmentao No-Transparente Os fragmentos so remontados somente no destino 61. Fragmentao

Datagramas parciais so descartados depois detimeout

62. Fragmentos podem ser fragmentados novamente no seu percurso Rede 1 MTU=1500 Rede 3 MTU=1500 R2 A B Rede 2 MTU=1000 R1 63. Fragmentao - Observaes

Aspecto de Performance: a perda de um nico fragmento implica na perda de todo o pacote, tornando todos os outros fragmentos inteis

64. Pode-se implementar mecanismos para se deixar claro qual o MTU num determinado caminho (IPv6) 65. Cabealhos de protocolos de camada de transporte e aplicao no estaro em todos os fragmentos gerados o que pode prejudicar anlises que dependam destes (por exemplo: regras de firewall, mecanismos de QoS baseado em contedo, etc) 66. Controle de Congestionamento

Uma rede de pacotes pode ser modelada como uma rede de filas de servios para pacotes

67. Se a fila de pacotes cresce alm da taxa de servio (sada de pacotes) pode ultrapassar o limite da fila ( buffers ) 68. Controle de Congestionamento 69. Controle de Congestionamento

Congestionamento significa que a carga na rede temporariamente maior que a capacidade dos recursos

70. Soluo: aumentar os recursos ou diminuir a carga 71. Se muitos pacotes chegam e os equipamentos no tem capacidade de dar vazo a todos, ocorre congestionamento no h pr-alocao de recursos 72. Se difere do controle de fluxo (especfico entre doishosts ) por abranger todos os equipamentos de comutao da rede ehosts(caracterstica distribuda) 73. Contexto de Congestionamento

Na situao real, os buffers nos roteadores usados para enfileirar pacotes so finitos

74. Existe um tempo de processamento por pacote (velocidade de processamento influi) 75. Quantos mais pacotes na fila, maior o atraso para os que esto atrs 76. Aumento de carga assimilado pela rede at um determinado limite prximo sua capacidade 77. Depois disso os atrasos por pacotes crescem e levam othroughtputa cair a zero 78. Resposta da Rede ao Trfego Injetado 79. Situao Ideal 80. Situao Real 81. Deadlock

No processo de congestionamento, um roteador s pode dar vazo quando o seguinte der vazo

82. Por outro lado o seguinte somente pode dar vazo quando o primeiro assim o fizer 83. Esta espera de um roteador por outro cria um impasse 84. Polticas de Operao que Influem 85. Tipos de Controle de Congestionamento

Preventivo tenta prevenir o congestionamento de acontecer (reserva de recursos de rede, uso de algoritmos como os deleaky bucketoutoken bucket )

Reativo age em resposta a uma situao de congestionamento ( Choke Packets ,Load Shedding )

86. Atitudes Preventivas

Solues baseadas em ajustes prvios

87. Transmisso em taxas uniformes (contratos com operadoras, PVCs) implementao dos algoritmos de controle da vazo de pacotes 88. Polticas de preveno com base em uso de circuitos virtuais e aspectos de roteamento 89. Controle de Admisso para Circuitos Virtuais

Se o congestionamento existe, leva-se este fato em considerao na hora de se criar novos circuitos virtuais

Pode-se no se aceitar mais novos circuitos virtuais (como no sistema telefnico)

90. Pode-se aceitar novos circuitos virtuais, mas roteando-os por caminhos que desviam do congestionamento 91. Pode-se acertar parmetros no momento de criao do novo circuito virtual (volume de dados, QoS) Pode haver desperdcio de banda em funo do procedimento de reserva prvia de recursos 92. Controle de Admisso para Circuitos Virtuais 93. Mecanismos Implcitos de Sinalizao de Congestionamento

O atraso experimentado para o pacotes cresce de forma anormal sendo percebido na origem

94. A origem nota que vrios pacotes seus esto sendo descartados Estes mecanismos somente dependem dos sistemas finais e no exigem suporte por parte da rede muita utilizao em redes baseadas em datagramas (Ex.: TCPSlow Start ) 95.

Simula o problema antes dele estar crtico

96. Usado em filas FIFO de roteadores 97. TCP entende perdas de pacotes como sinal para entrar em modoslow start , reduzindo a carga daquela conexo 98. Pacotes perdidos devem ser retransmitidos (atrasos e carga) 99. Dificuldades de sincronizao (vrias conexes TCP podem sair e entrar em modoslow starttrazendo o problema novamente em bloco) Descarte Proativo 100.

Procedimento para evitar congestionamento, evitando o efeito sincronizado

101. Evita a preferncia pelo trfego em rajadas descartando pacotes recm - chegados 102. Parmetros: limites TH min , TH maxe probabilidadep a Random Early Detection- RED 103. Mecanismos Explcitos de Controle de Congestionamento

Estes mecanismos permitem que uma parte pequena da capacidade de uma rede seja usada na sinalizao da situao de congestionamento mais usado em redes baseadas em conexo

104. Warning bit -(usado em Frame-Relay) 105. Estratgias fim-a-fim possveis:

• Baseada em bits

106. Baseada em crditos

107. Baseada em limitaes de taxa 108. Choke Packets

A idia prevenir congestionamentos monitorando as linhas de sada do roteador

109. Quando uma linha de sada de um roteadorultrapassa um limiar de aviso, enviado um choke packet de volta para a origem do pacote em questo 110. O transmissor assim, fica sabendo que deve diminuir seu trfego por aquele determinado caminho at que no receba maischoke packets 111. O pacote marcado para no gerar maischoke packetsnos roteadores adiante 112. Choke Packets router router Host 113. Back Pressure

Usa o mesmo princpio usado em encanamentos quando a uma torneira fecha o fluxo de gua e a presso para evitar que o fluxo continue

114. Aplicado a contextos com circuitos virtuais ou conexes lgicas 115. Pode ser usado seletivamente sobre conexes determinadas (por exemplo: aquelas que mais esto gerando trfego) 116. Para ser implementado, a rede deve suportar a sinalizao de congestionamento salto-a-salto (por exemplo: X.25 mas no ATM e Frame Relay) 117. Mecanismos de Sinalizao para Controle de Congestionamento 118. Descarte de Carga ( Load Shedding )

Atitude extrema

119. o descarte de pacotes que chegam num roteador saturado 120. Este descarte pode ser seletivo em funo do tipo de pacote (prioridades, tempo de vida TTL, etc) 121. Pode haver um acordo que permita que se transmita a uma taxa maior que a definida no circuito virtual, porm os pacotes tero prioridades menores que o normal (ex.: Frame Relay) 122. Ao descartar pacotes de um segmento, descarta-se os demais do mesmo segmento 123. Algoritmo de Leaky Bucket

Consiste de uma fila finita com taxa de servio constante

124. Transforma um fluxo irregular de pacotes num fluxo regular, aliviando rajadas de trfego e reduzindo o congestionamento 125. Descarta pacotes quando ultrapassa a capacidade (C) 126. Algoritmo de Token Bucket

Consiste de uma fila finita de permisses de transmisso

127. Maior flexibilidade 128. Permite uma maior adequao da taxa de transmisso chegada de pacotes (regras) 129. Nunca descarta pacotes, somente fichas 130. Enfileiramento Diferenciado

A idia se ter vrias filas para cada sada do roteador com tratamento adequado

131. Estas filas seriam atendidas de maneira igual, enviando um pacote de cada vez 132. Para no beneficiarhostsque produzem pacotes maiores que os que produzem menores, as filas podem ser organizadas para que se envie umbytede cada fila a cada vez 133. No caso de se diferenciar vrias fontes de trfego com diferentes prioridades, pode-se alocar os bytes proporcionalmente 134. Disciplinas deEnfileiramento

Fila FIFO( First In First Out ou FCFS ) -no prov diferenciao

135. Simple Fair Queuing divide os pacotes que chegam em vrias filas para cada fluxo (ou origem) e atende a cada uma delas de umas vez 136. Disciplinas de Enfileiramento

Weighted Fair Queuing:

divide pacotes em interativos e no-interativos e cria filas para cada tipo de fluxo, tratando fluxos de maneira diferenciada

137. Atribui pesospara cada fila de forma que numa passagem sejam mandados mais de um pacotes, privilegiando fluxos O uso destas disciplinas estabelecido com base em gerenciamento do trfego (pr-reserva de recursos, estratgias de balanceamento de carga, etc) 138. Traffic Shaping

Umadas maiores causas do congestinamento o perfil de rajadas do trfego

139. Trata-se de prever o perfil de trfego que ir ser transmitido e decidir se a rede ser capaz de manipul-lo (acordo com base em mecanismos QoS) SLA's definidos 140. Existem algoritmos que implementam diferentes traffic shapings 141. Especificaes de Fluxo

Uma outra maneira de se prevenir o congestionamento se acertar previamente as caractersticas do fluxo que se criar

142. Uma estrutura de dados define entre transmissor e receptor (subrede), as caractersticas do fluxo (negociao) 143. Usado em protocolos de reserva de recursos 144. Problema: s vezes no se sabe exatamente o perfil do fluxo desejado 145. Necessidade de QoS

Redes datagramas so redes baseadas no melhor esforo( best effort ): tratam todos os pacotes do mesmo modo

146. Para uma srie de novas aplicaes, so necessrios mecanismos que garantam otrfegocontnuo de pacotessem alterao e sujeitos a determinadas condies impostas pelas aplicaes 147. Para isso mecanismos deve ser implementados, onerando o processamento de rede 148. Qualidade do Servio- QoS

Um mecanismo QoS traduz um pedido de servio num conjunto de caractersticas de trfego para aquele servio (enfileiramento adequado, roteamento, disponibilizao de recursos capacidade, buffers, etc)

149. Grupos de trabalho demonstraram que possvel se oferecer este tipo de suporte sobre uma rede assncrona de datagramas 150. Tipos de Trfego

Elstico

Se ajusta bem dentro de determinada faixa de variao de atraso e banda

151. Normalmente roda sobre UDP e TCP (aplicaes bsicas da Internet) 152. Ex: FTP (sensvel a throughput), SMTP (no to afetado por atrasos), TELNET e HTTP (razoavelmente sensvel a atraso), todas com pequenas variaes na exigncia de QoS necessidade modesta de suporte QoS Inelstico

No se adapta bem a mudanas da qualidade da rede

153. Melhor exemplo: Trfego real-time 154. Em caso de congestionamento, continua a enviar a mesma carga na rede (no recua) 155. Requisitos (throughput, atraso,jitter , perda de pacotes) 156. Trfego Inelstico

Uma rede ter dificuldade em atender este tipo de trfego com atrasos variveis e ocorrncia de congestionamentos

157. Existe, assim, a exigncia ento detratamento preferencial 158. Aplicaes que geram este tipo de trfego devem sinalizar requisitos 159. A rede deve ainda suportar trfego elstico podendo priorizar recursos para atendimento de trfego preferencial 160. Requisitos de Aplicao

Existe a necessidade de se permitir que as aplicaes apresentem seus requisitos de QoS

161. Duas maneiras de se fazer isto:

Criao de um mecanismo para requerimento de QoS (melhor em caso de congetionamento da rede caso a rede esteja congestionada, novos pedidos so negados)

162. Indicao do QoS desejado no cabealho dos pacotes 163. Requisitos de Aplicao - Exemplos 164. SLA Service Level Agreement

O servio oferecido por um provedor definido em acordos onde se detalha o que ser oferecido em termos de servios e capacidades

165. O SLA um contrato firmado entre um provedor de servio e um cliente (usurio) detalhando os parmetros de performance da rede em operao 166. Documentos SLA podem conter parmetros como:

Throughput, probabilidade de descarte e latncia mdia da rede

167. Restries nos pontos de entrada e sada da rede do provedor, definindo o escopo do servio 168. Perfis de trfego consistentes com o servio que ser oferecido (ex. Parmetrostoken bucket ) 169. A resposta da rede ao trfego em excesso do cliente